选对高性能热释电传感器，关键看这3大能力！

热释电传感器是将热释电陶瓷（压电体的一种）的热电效应作为红外线检测原理的传感器。

红外线射入传感器后，会发生温度变化，使热电元件（陶瓷）的表面温度上升，并通过热电效应产生表面电荷。因此，稳定时的电荷中和状态被破坏，导致感应元件表面的电荷与吸附悬浮离子电荷的弛豫时间不同而出现不均衡现象，从而产生没有结合对象的电荷。将产生的表面电荷作为传感器内部元件的电信号进行采集后，用作输出信号。

热释电传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量变化，并输出电压信号，将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，在自动控制、智能安防、智慧楼宇等领域广泛应用。

但是，在实际环境中，存在着许多可能触发警报或产生误报的目标，例如昆虫、鸟、猫、狗等无害小动物、邻近车道的车辆、路过的行人、随风飘动的植物枝叶、高低压电气管线或是无线电波发射设备及照明灯具等。

面对复杂应用环境，热释电传感器可能存在易受各种热源或阳光源干扰、易受射频辐射干扰、环境温度和人体温度接近时探测失灵等问题。

如何才能选择一个高性能的热释电传感器来提高探测的准确性呢？

1、抗白光干扰性能

现实中，不仅人体会发出红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量，而在可见光中这种能量尤其突出，所以抗白光干扰是热释电传感器的一个重要指标。

选择波长更短的传感器滤光片材料，使其具有很好的波长选择特性，在容许人体所发出的红外光线通过的同时，尽可能将灯光、阳光和其他波长的红外辐射拒之门外，可以消除白光干扰，提供传感器的抗白光干扰性能。

2、抗射频干扰性能

射频是一种高频交流电，也就是通常所说的电磁波，射频干扰也就是电磁波所带来的干扰。常规热释电传感器在使用中，可能出现附近有手机通讯时，接通瞬间会引发误触，这就是抗射频干扰能力比较弱的表现。

采用阻容滤波电路、阻容选频电路，可以增强热释电传感器的电磁兼容性，使传感器对射频干扰（RFI）的抗扰度高，有效抵御射频干扰。

3、抗环境干扰性能

被动红外探测器检测信号的强弱与人体和环境温度的变化有密切关系。一般情况下，人体温度与环境温度是有明显差距的，当人体移动，传感器接收到的红外信号变化幅度也比较大，这时候就会触发报警。但是当环境温度和人体温度很接近时，这种变化幅度就不太容易被捕捉到，这时就有可能因为信号较小而无法触发报警。

用于人体探测的热释电传感器通常采用双元或四元结构。双元结构的传感器，利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，起到补偿作用，消除环境温度和自身变化引起的干扰。

当热释电传感器应用到精细化的智能人体感应中时，不同应用场景下的性能要求各不相同。有些场景需要加强白光过滤，有些场景需要加强抗高频干扰，还有些场景需要专门解决动物干扰误报，这些都对热释电传感器的技术提出了更高要求。

炜盛科技拥有双元、四元补偿结构的模拟热释电、数字热释电产品，并在智能照明、自动控制、智能家居、智能安防等领域拥有完善解决方案。

在实际应用中，大盛建议你从具体使用场景出发进行选择，如您有选型需求，请联系大盛获取～

热成像传感器系统

失效分析实验室 半导体工程师 2021-12-24 09:21

众所周知电子产品有许多应用，它们使我们的生活更舒适、更安全，热成像摄像机越来越多地受到业内人士的重视，特别是在2019新冠疫情爆发之后。

该病毒在全球迅速蔓延，给公共卫生、粮食系统和日常工作带来了前所未有的挑战，并导致全世界人口急剧丧失；就业机会暴跌，数百万人的生计处于危险之中。面对这场危机，找到一种从远处快速测量体温的方法(包括同时扫描一群人，而不干扰他们的活动)，对于控制这场灾难非常重要。这是因为体温升高是病毒感染的常见症状之一，因此，有效识别发烧者的能力有助于控制冠状病毒传播。而热成像传感器是赋予我们这种能力的核心技术。

热成像传感器

但什么是热成像传感器，热成像摄像机如何让我们远距离测量体温的呢？这一切问题都困扰着之前的科学家，而现在一切都变得“稀松平常”。热成像传感器是一种微机电系统(MEMS)芯片，包括一系列对长波红外电磁辐射(LWIR)敏感的探测器，波长在8-14微米之间。所有在0开尔文以上的物体和所有生物都在这个光谱范围内发出辐射，这种辐射的强度代表了它们的表面温度。

与波长在400至700纳米之间的可见光不同，人眼是看不见长波红外辐射的。然而，组成热成像仪阵列的探测器能够通过以可测量的方式改变其性质来响应入射红外热，例如，通过改变其电阻或由于塞贝克效应产生电压输出。这些信号经过电路被放大和转换，最终转换成实际的温度值。因此，每个热探测器都可以快速的捕捉自己视场内物体的表面温度，然后利用其内置的二维平面像素阵列来获取类似于灰阶图像，而且每个像素代表场景的热度而不是传统意义的亮度。

图1: 可视相机图像与热成像相机图像

上述图像可以通过下面图中的红外热成像芯片捕捉到。

图2: Meridian Innovation 80 × 62分辨率长波红外热成像芯片和模块

人体体温的测量

我们前面已经说过，热成像仪可以测量视场中物体的表面温度。而现在的问题是，我们是否可以利用热成像仪中的信息来确定人体的体温。在回答之前，让我们回顾一下，体温一般是用水银或数字温度计测量的，这些温度计必须与身体的隐蔽部位接触，因为隐蔽部位的温度与内部器官的温度非常接近。目前医疗上最准确的体温测试是通过直肠来测量（舌下和腋下普遍会比体内问题低0.3~0.6摄氏度）

图3: Boots 接触式温度计(l)(来源: Meridian Innovation)和前额温度计

但是现在又不一样了，接触式温度计的局限性已经被不同类型的非接触式红外线感应温度计的发展所克服，我们设计出不同种类和大小的红外温度计来对于人体上各种器官进行测量。例如额头测温枪和耳道远端的鼓室温度计、颞动脉温度计等。但是这些设备都有或多或少的问题：

1.他们有一个单一的长波红外探测器，用来感应皮肤温度，采用体硅热电堆技术。

2.根据测得的表面温度、环境温度和传热方程，计算出来的核心体温

3.温度计必须放置在非常接近皮肤的地方(最多几厘米) ，即使是不接触式的但是也不能离得太远。

用于探测高温的热成像摄像机

另一方面，热成像相机是围绕前面描述的热成像传感器建造的，因为要获得更加清晰的图片，所以使用的探测器不仅要小型化，而且还要让灵敏的探测器具有更短的响应时间，所以不仅可以捕捉静态场景，而且视频流的帧速率也从1提升至30帧率/秒。

另外还要再加上一个特殊的镜头，通常有一个至少40 ° 的角度视场，这项技术可以捕捉复杂的，动态的热场景，包括在同一时间多个人，往往距离可以在50厘米到几米之间。对于初学者来说，探测器只能感知皮肤表面的温度。同前额温度计一样，核心体温必须根据人体的某些生物物理模型来计算，现在的问题是用哪个像素作为皮肤温度的代表，因为热成像仪以多个像素解析人脸，温度读数的变化可能超过1 ° c。

此外，诸如镜头的瑕疵、摄像机与被摄物体之间的视角、面罩、遮脸发型、眼镜等因素，都会导致温度读数有些不准确。这就是热图像处理和分析的关键作用发挥的地方，各种误差大多具有系统性质，可以根据热成像中的”多余”信息予以补偿。然而，这使得用于发热探测的热成像相机的设计变得相当复杂，需要对热成像传感器的特性有详细的了解，对热成像学和一些生物物理学有很好的理解，当然，还需要精通图像和数据分析。

图5: Meridian Innovation多人发烧检测相机解决方案(来源: Meridian Innovation)

这种处理的结果如图5所示，在给定的视觉框架和热感框架中识别出三个人，并在视觉框架上注释每个人的估计核心体温。受试者探测和随后的核心体温估计的整个过程则完全基于热视频流。

结论

热成像传感器现在很容易获得和支撑起的大众市场产品。易用的硬件设计和软件解决方案将采用这项技术，并加速热成像摄像机的开发周期。这些产品可以帮助控制新冠这种流行病，可以说创新技术促进更安全和更美好的生活。

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